第七章焊接電弧基礎(chǔ)知識(shí)主要內(nèi)容

返回目錄§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)及特性§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)§7-4對(duì)弧焊電源的要求§7-1焊接電弧及其引燃★本章小結(jié)★§7-5焊接電弧靜特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)§7-6弧焊電源外特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)職業(yè)教育機(jī)械類專業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”新形態(tài)教材§7-1焊接電弧及其引燃§7-1焊接電弧及其引燃焊接電弧不是一般的燃燒現(xiàn)象，它是在一定條件下電荷通過兩極間氣體空間的一種導(dǎo)電過程（如圖7-1），也可以說是一種氣體放電現(xiàn)象。焊接電弧是電弧焊的熱源，而弧焊電源是為焊接電弧提供能量的設(shè)備。圖7-1焊接電弧導(dǎo)電示意圖§7-1焊接電弧及其引燃一、焊接電弧的種類★按焊接電流種類，可分為交流電弧、直流電弧、脈沖電弧?！锇措娀顟B(tài)，可分為自由電?。ㄈ绾笚l電弧焊電弧）、壓縮電弧（如等離子?。??！锇措姌O材料，可分為熔化極電?。ㄈ鏑O2氣體保護(hù)焊電弧）、非熔化極電?。ㄈ珂u極氬弧焊電弧）?！?-1焊接電弧及其引燃二、焊接電弧的產(chǎn)生一般情況下，氣體不含有帶電粒子（電子、正離子、負(fù)離子），是由中性的分子或原子組成的。要使氣體產(chǎn)生電弧導(dǎo)電，必須使氣體分子或原子電離成帶電粒子——?dú)怏w電離；同時(shí)，為了使電弧維持“燃燒”，還必須不斷的輸送電能給電弧，以補(bǔ)充氣體電離時(shí)所消耗的電能，即電弧的陰極要不斷的發(fā)射電子。綜上所示，氣體電離和陰極發(fā)射電子是電弧產(chǎn)生的必要條件。

1．氣體電離★在外加能量作用下，中性氣體分子或原子分離成正離子和電子的現(xiàn)象稱為氣體電離?！?-1焊接電弧及其引燃?xì)怏w分子或原子分離出一個(gè)外層電子所需要的最小能量稱為電離能或電離功，當(dāng)用電子伏特（eV）來衡量時(shí)，又稱電離勢(shì)或電離電位，用表示。氣體電離勢(shì)的大小與其原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。電離勢(shì)大表示氣體難電離、難導(dǎo)電，反之表示氣體容易電離。在焊接電弧中，根據(jù)引起電離的能量來源不同，電離有如下三種形式：（1）碰撞電離在電場(chǎng)中，被加速的帶電粒子與原子和分子相碰撞而產(chǎn)生電離?！?-1焊接電弧及其引燃（2）熱電離在高溫下，具有高動(dòng)能的氣體原子（或分子）在無規(guī)則的相互碰撞中產(chǎn)生的電離。（3）光電離氣體原子（或分子）吸收光輻射的能量而產(chǎn)生的電離。2．陰極電子發(fā)射陰極表面在外加能量作用下連續(xù)向外發(fā)射電子的現(xiàn)象稱陰極電子發(fā)射。要使其逸出金屬電極表面而產(chǎn)生電子發(fā)射，必須給電子施加一定的能量。電子從陰極表面逸出所需要的能量稱逸出功。按其能量來源不同，陰極電子發(fā)射可分為：

§7-1焊接電弧及其引燃（1）熱電子發(fā)射陰極表面受熱后，其中某些電子具有大于逸出功的動(dòng)能而逸出到表面外的空間中去的現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射。熱電子發(fā)射在焊接電弧中起著重要的作用，它隨著溫度上升而增強(qiáng)。（2）場(chǎng)致電子發(fā)射這種由于在電場(chǎng)作用下而產(chǎn)生的電子發(fā)射稱為場(chǎng)致電子發(fā)射。電場(chǎng)越強(qiáng)，則場(chǎng)致電子發(fā)射能力越強(qiáng)。（3）光電子發(fā)射陰極表面接受光射線的能量而釋放出自由電子的現(xiàn)象稱為光電子發(fā)射。（4）撞擊電子發(fā)射運(yùn)動(dòng)速度較高、能量較大的重粒子（如正離子）撞擊陰極表面，將能量傳遞給陰極而產(chǎn)生的電子發(fā)射稱為撞擊電子發(fā)射。

§7-1焊接電弧及其引燃陰極所用的材料不同，其電子發(fā)射形式也不同，有的以熱電子發(fā)射為主，有的以場(chǎng)致電發(fā)發(fā)射為主，而光電子發(fā)射和撞擊電子發(fā)射在焊接電弧中占次要地位。★當(dāng)采用銅或鋁等熔點(diǎn)較低的材料做陰極（稱冷陰極）進(jìn)行焊接時(shí)，因受材料本身熔點(diǎn)的限制，陰極表面無法達(dá)到很高溫度，這時(shí)熱電子發(fā)射較弱，主要靠場(chǎng)致電子發(fā)射；★當(dāng)采用鎢、碳等熔點(diǎn)較高的材料做陰極（稱熱陰極）時(shí)，因表面溫度可被加熱到很高溫度（可達(dá)4000～5000K），使電子獲得足夠的能量而進(jìn)行強(qiáng)烈的熱電子發(fā)射，這時(shí)場(chǎng)致電子發(fā)射就居于次要地位了。§7-1焊接電弧及其引燃★綜上所述，焊接電弧的形成和維持，是在熱、光、電場(chǎng)和粒子動(dòng)能的作用下，氣體原子或分子不斷地被電離以及陰極電子發(fā)射的結(jié)果。3．焊接電弧的引燃把造成兩電極間氣體發(fā)生電離和陰極電子發(fā)射而引起電弧燃燒的過程，稱為焊接電弧的引燃。焊接電弧的引燃一般有兩種方式：（1）接觸引弧弧焊電源接通后，電極（焊條或焊絲）與工件直接短路接觸，隨后迅速拉起電極（約2～4mm）而引燃電弧，這種引弧方式稱為接觸引弧?！?-1焊接電弧及其引燃（2）非接觸引弧非接觸引弧指在引弧時(shí)，電極與工件之間保持一定的間隙，然后在電極與工件之間施以高電壓擊穿間隙使電弧引燃。這是一種依靠高壓電使電極表面產(chǎn)生電場(chǎng)發(fā)射來引燃電弧的方法。繼續(xù)返回§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)及特性§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性一、焊接電弧的結(jié)構(gòu)焊接電弧沿其長(zhǎng)度方向分為三個(gè)區(qū)域，見圖7-2所示。緊靠負(fù)電極的區(qū)域?yàn)殛帢O區(qū)，緊靠正電極的區(qū)域?yàn)殛枠O區(qū)，陰極區(qū)和陽極區(qū)之間的區(qū)域稱為弧柱區(qū)。陽極區(qū)的長(zhǎng)度約為10-3～10-4cm，陰極區(qū)的長(zhǎng)度約為10-5～10-6cm，因此，電弧長(zhǎng)度可近似認(rèn)為等于弧柱長(zhǎng)度。沿著電弧長(zhǎng)度方向的電壓分布是不均勻的，靠近電極部分產(chǎn)生較強(qiáng)烈的電壓降，即陰極區(qū)和陽極區(qū)的壓降較大，沿著弧柱長(zhǎng)度方向的電壓降可以認(rèn)為是均勻分布的。這三個(gè)區(qū)的電壓降分別稱為陰極壓降、陽極壓降和弧柱壓降，它們組成了總的電弧電壓，可表示為§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性圖7-2電弧結(jié)構(gòu)和壓降分布示意圖§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性弧柱壓降與弧柱長(zhǎng)度成正比陽極壓降（常數(shù)）陰極壓降（常數(shù)）a—陰極壓降與陽極壓降之和（V）；b—單位長(zhǎng)度弧柱壓降（V/mm）；

—弧柱長(zhǎng)度（mm）?！?-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性二、焊接電弧的特性（一）焊接電弧的電特性焊接電弧的電特性即伏安特性，包括靜態(tài)伏安特性（靜特性）和動(dòng)態(tài)伏安特性（動(dòng)特性）。1．焊接電弧的靜特性焊接電弧的特性電特性熱特性力學(xué)特性§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性在電極材料、氣體介質(zhì)和電弧弧長(zhǎng)一定的情況下，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)電弧電壓和焊接電流之間的關(guān)系稱為靜特性。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為（1）焊接電弧的靜特性曲線形狀及其應(yīng)用焊接電弧是非線性負(fù)載，即電弧兩端的電壓與通過電弧的電流之間不是成正比例關(guān)系。焊接電弧的靜特性近似呈形曲線，見圖7-3所示。形靜特性曲線可看成由三個(gè)區(qū)段組成。在Ⅰ區(qū)段，電弧電壓隨著電流的增加而下降，稱該段為下降特性段；在Ⅱ區(qū)段，電弧電壓基本上不隨電流的變化而變化，稱§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性圖7-3焊接電弧的靜特性曲線小電流鎢極氬弧焊、微束等離子弧焊以及脈沖氬弧焊中的“維弧”狀態(tài)，通常使用電弧靜特性的下降段

對(duì)于細(xì)絲大電流CO2氣體保護(hù)焊、等離子弧焊，則通常工作在電弧靜特性的上升段

對(duì)于焊條電弧焊、粗絲CO2氣體保護(hù)焊、埋弧焊，多工作在電弧靜特性的水平段

§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性該段為平特性段，或稱恒壓特性；在Ⅲ區(qū)段，電弧電壓

隨電流的增加而上升，稱該段為上升特性段。（2）弧長(zhǎng)對(duì)靜特性曲線的影響當(dāng)電弧電流不變時(shí)，弧長(zhǎng)增加，電弧電阻增大，根據(jù)歐姆定律，電弧電壓自然會(huì)增加。如圖7-4所示。2．焊接電弧的動(dòng)特性在焊接過程中，由于受到熔滴過渡等因素的影響，電弧電壓和焊接電流時(shí)刻都在改變，即電弧永遠(yuǎn)處于動(dòng)平衡狀態(tài)。所謂電弧的動(dòng)特性，是指在一定的弧長(zhǎng)下，當(dāng)電弧電流以很快的速度變化時(shí)，電弧電壓和焊接電流瞬時(shí)值之間的關(guān)系§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性圖7-4弧長(zhǎng)對(duì)電弧靜特性的影響§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性圖7-5是電弧動(dòng)特性示意圖。（二）焊接電弧的熱特性1．焊接電弧的產(chǎn)熱特性在電弧焊中，通過電弧把電能轉(zhuǎn)換成焊接所需要的熱能和機(jī)械能。（1）弧柱的產(chǎn)熱特性弧柱中的導(dǎo)電任務(wù)絕大部分由電子來承擔(dān)，即弧柱中的熱量主要由電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換而來。

—瞬時(shí)電流；

—瞬時(shí)電壓?！?-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性圖7-5電弧動(dòng)特性的說明示意圖為什么§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性（2）陰極區(qū)的產(chǎn)熱特性陰極區(qū)和弧柱區(qū)相比，長(zhǎng)度短，且直接靠近電極或工件，所以陰極區(qū)產(chǎn)生的熱量對(duì)電極或工件的影響更直接。所產(chǎn)生的熱量主要用于對(duì)陰極的加熱和陰極區(qū)的散熱損失。（3）陽極區(qū)的產(chǎn)熱特性陽極區(qū)的熱量主要是當(dāng)自由電子撞入陽極時(shí)，由自由電子動(dòng)能和位能轉(zhuǎn)化而來。2．焊接電弧的熱效率及能量密度電弧焊的熱能由電能轉(zhuǎn)換而來，因此電弧的熱功率可用下式表示§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性電弧產(chǎn)生的熱能并不能全部有效地用于焊接，其中一部分因?qū)α?、輻射及傳?dǎo)等損失，用于加熱、熔化填充材料及工件的電弧熱功率稱為有效熱功率，表示為★當(dāng)其它條件不變時(shí)，電弧電壓升高，弧長(zhǎng)增加，通過對(duì)流、輻射等損失的弧柱熱量增加，熱效率隨著電弧電壓的升高而降低。單位面積上的有效功率稱為能量密度。能量密度在電弧軸線處最大，從中心到周圍逐漸降低。

——熱效率。為有效熱功率系數(shù)，即表7-1為常用焊接方法的熱效率系數(shù)有效熱功率§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性3．電弧的溫度分布焊接電弧中三個(gè)區(qū)域的溫度分布是不均勻的，一般情況下，陽極斑點(diǎn)溫度高于陰極斑點(diǎn)溫度，分別占放出熱量的43%和36%左右，但都低于該種電極材料的沸點(diǎn)。弧柱區(qū)的溫度最高，但沿其截面分布不均，其中心溫度最高，可達(dá)5000K～8000K。

（三）焊接電弧的力學(xué)特性電弧在電弧焊中的作用之一是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能在電弧焊中以電弧力的形式表現(xiàn)出來。電弧力包括電磁收縮力、等離子流力、斑點(diǎn)壓力、熔滴沖擊力及短路爆破力等?！?-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性1．電弧力的類型及作用（1）電磁收縮力當(dāng)電流通過兩根相近的平行導(dǎo)線時(shí)，若電流方向相同則產(chǎn)生相互吸引力，電流方向相反則產(chǎn)生排斥力。這種由電磁場(chǎng)產(chǎn)生的力稱為電磁力，其大小與導(dǎo)線中流過的電流大小成正比，與兩導(dǎo)線間的距離成反比。若把電弧中的電流看成是由許多靠近的平行同向電流線組成時(shí)，則它們之間將產(chǎn)生相互吸引力。因電弧是柔性導(dǎo)體，它的截面是可變的，截面將產(chǎn)生收縮。這種現(xiàn)象稱為電磁收縮效應(yīng)，產(chǎn)生此效應(yīng)的力稱為電磁收縮力。§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性（2）等離子流力錐形電弧在電磁收縮力的作用下，高溫氣體不斷的由電極流向工件，電弧周圍的氣體不斷地從電極旁進(jìn)行補(bǔ)充，補(bǔ)充進(jìn)的氣體被加熱電離并連續(xù)流向工件，對(duì)熔池形成動(dòng)壓力，即等離子流力。（3）斑點(diǎn)力電弧焊時(shí)，電極斑點(diǎn)受到帶電粒子的撞擊或金屬蒸發(fā)的反作用而對(duì)斑點(diǎn)產(chǎn)生壓力，稱為斑點(diǎn)力。★不論是陰極斑點(diǎn)力還是陽極斑點(diǎn)力，其方向總是與熔滴過渡方向相反，阻礙熔滴過渡。一般陰極斑點(diǎn)力比陽極斑點(diǎn)力大。（4）熔滴沖擊力當(dāng)采用較大電流進(jìn)行熔化極氬弧焊時(shí)，熔滴呈射流過渡，在等離子流力的作用下，熔滴以極大的加速度連續(xù)沿軸向射向熔池，使焊縫極易形成指狀熔深?！?-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性（5）短路爆破力電弧從燃燒狀態(tài)過渡到短路狀態(tài)，電弧電流迅速上升，熔滴溫度急劇升高，使液柱汽化爆斷，產(chǎn)生較大的沖擊力，導(dǎo)致飛濺產(chǎn)生。2．影響電弧力的因素（1）氣體介質(zhì)不同種類的氣體介質(zhì)，其熱物理性能不同，對(duì)電弧產(chǎn)生的影響也不同。導(dǎo)熱性強(qiáng)的氣體或多原子氣體消耗的熱量多，對(duì)電弧有冷卻作用，會(huì)引起電弧的收縮，導(dǎo)致電弧力的增加。氣體流量或電弧空間氣體壓力增加，也會(huì)引起弧柱收縮導(dǎo)致電弧力增加，同時(shí)使斑點(diǎn)力增大。（2）電流和電弧電壓電流越大，電磁收縮力和等離子流力都將增大，所以電弧力也增大。電流一定，電弧長(zhǎng)度增加引起電弧電壓升高，則電弧力降低?！?-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性（3）焊絲直徑焊接電流一定時(shí)，焊絲越細(xì)，電流密度越大，造成電弧錐形越明顯，電磁力和等離子流力越大，電弧力也增大。（4）電極極性通常陰極導(dǎo)電區(qū)的收縮程度比陽極區(qū)大，因此，直流正接時(shí)，可形成錐度較大的電弧，產(chǎn)生較大的電弧力。熔化極氣體保護(hù)焊采用直流正接時(shí)，熔滴受到較大的斑點(diǎn)力，過渡時(shí)受阻，電弧力較??；反之，直流反接時(shí)，電弧力較大。§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性實(shí)際動(dòng)特性曲線成因分析§7-2焊接電弧的結(jié)構(gòu)和特性表7-1常用焊接方法的熱效率系數(shù)焊接方法焊條電弧焊埋弧焊CO2氣體保護(hù)焊熔化極氬弧焊鎢極氬弧焊0.65～0.850.80～0.900.75～0.900.70～0.800.65～0.70繼續(xù)返回§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)焊接電弧的性質(zhì)與弧焊電源的種類，電弧的狀態(tài)、電弧周圍的介質(zhì)和電極材料等有關(guān)。從不同的角度，焊接電弧可作如下分類：（1）按電流種類：分為交流電弧、直流電弧和脈沖電?。òǜ哳l脈沖電?。＃?）按電弧狀態(tài)：分為自由電弧和壓縮電弧。焊條電弧焊電弧是自由電?。坏入x子弧屬于壓縮電弧。（3）按電弧周圍介質(zhì)：可分為焊條電弧焊電弧、焊劑層下“燃燒”的電弧、氣體保護(hù)電弧焊電弧以及介于明弧和埋弧之間的電弧。（4）按電極材料：可分為熔化極電弧和非熔化極電弧。例如，鎢極氬弧焊是非熔化極電弧，CO2氣體保護(hù)焊是熔化極電弧。§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)一、交流電弧1.交流電弧的特點(diǎn)交流電弧一般是由頻率為50Hz的交流電源供電。每秒鐘電弧電流有100次過零點(diǎn)，即每秒鐘電弧熄滅和再引燃100次。交流電弧有以下特點(diǎn)：（1）電弧周期性地熄滅和引燃交流電弧在過零點(diǎn)改變極性時(shí)熄滅，電弧空間溫度下降，此時(shí)電弧中異性帶電粒子發(fā)生復(fù)合，降低了電弧空間的導(dǎo)電能力。只有當(dāng)電源電壓增大到超過再引燃電壓后，電弧才有可能被再次引燃?！?-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)（2）電弧電壓和電流的波形發(fā)生畸變由于電弧電壓和電流是交變的，使電弧空間和電極表面的溫度也隨時(shí)變化。因而電弧電阻不是常數(shù)，而是隨著電弧電流的變化而變化。當(dāng)電源電壓按正弦曲線變化時(shí)，電弧電壓和電流就不按正弦規(guī)律變化，而發(fā)生了畸變。（3）熱慣性作用較明顯由于電弧電壓和電流變化得較快，而電弧熱的變化滯后于電的變化。某一時(shí)刻的瞬時(shí)電流，使電弧空間發(fā)生熱電離的效應(yīng)要推遲一定時(shí)間才能表現(xiàn)出來。2.交流電弧連續(xù)燃燒的條件交流電弧燃燒時(shí)若有熄弧時(shí)間，則熄弧時(shí)間越長(zhǎng)，電弧越不穩(wěn)定。為了保證焊接質(zhì)量，必須將熄弧時(shí)間減小至零，即電弧在每次熄滅后能迅速自行恢復(fù)燃燒，使交流電弧連續(xù)燃燒。§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)對(duì)純電阻性電路，即焊接回路的電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于感抗值，通過理論分析可知，它總是存在一定的熄弧時(shí)間，不利于交流電弧的穩(wěn)定燃燒；對(duì)電感性電路，根據(jù)電壓與電流的波形圖（圖7-6）看出，只要電路中電感值足夠大，就能使焊接電流滯后于電源電壓一定的相位角，使電源電壓的值達(dá)到引弧電壓，便能保證交流電弧連續(xù)、穩(wěn)定地燃燒。★要使交流電弧穩(wěn)定燃燒，就應(yīng)保證焊接回路中有足夠大的電感，這樣才能保證電流改變極性時(shí)電弧能迅速地自行恢復(fù)燃燒，保證交流電弧穩(wěn)定性，提高焊接質(zhì)量?！?-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)圖7-6電感性電路交流電弧的電壓和電流波形圖§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)3.影響交流電弧燃燒的因素和提高電弧穩(wěn)定性的措施1）影響交流電弧燃燒的因素（1）空載電壓越高，在相同的引弧電壓下熄弧時(shí)間越短，電弧越穩(wěn)定。一般條件下（2）再引燃電壓對(duì)電弧的穩(wěn)定燃燒有很大的影響。

值越大，電弧引燃越困難，電弧越不穩(wěn)定。（3）電路參數(shù)主電路的電感、電阻對(duì)電弧連續(xù)燃燒也有較大的影響。增大或減小，均可使電弧趨向穩(wěn)定連續(xù)地燃燒?！?-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)（4）焊接電流焊接電流越大，電弧空間的熱量就越多，而且電流變化率也越大，即熱慣性作用越顯著，將導(dǎo)致降低，電弧的穩(wěn)定性提高。（5）電源頻率提高，周期和電弧熄滅時(shí)間相應(yīng)縮短。（6）電極的熱物理性能和尺寸電極具有較大的熱容量和熱導(dǎo)率，或具有較大的尺寸和較低的熔點(diǎn)，就會(huì)使電極散熱迅速，溫度降低快，因而較大，增大電弧不穩(wěn)定性。2）提高交流電弧穩(wěn)定性的措施（1）提高弧焊電源的頻率

§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)（2）提高電源的空載電壓（3）改善電弧電流的波形（4）疊加高壓電二、自由電弧1．非熔化極電弧非熔化極電弧，顧名思義在焊接過程中電極本身不熔化，沒有金屬熔滴過渡，通常采用惰性氣體（如氬氣、氦氣等）保護(hù)。由于氦氣十分昂貴，大多數(shù)情況下我國(guó)都采用氬氣保護(hù)，電極多采用鎢極或摻有少量稀土金屬的鎢極，如稀土釷或鈰，這種電弧通常稱為鎢極氬弧。

§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)2．熔化極電弧熔化極電弧，就是在焊接電弧燃燒過程中作為電弧的一個(gè)極不斷熔化，并按一定規(guī)律過渡到焊接工件上去的。根據(jù)電弧是否可見，熔化極電弧又可分為明弧和埋弧兩大類。

明弧的電極也分兩種：一種是在金屬絲表面敷有藥皮，即焊條電弧焊所用的焊條。另一種明弧是采用光電極，即光焊絲。在后一種情形下，通常為提高焊接質(zhì)量而采用保護(hù)氣體，以保護(hù)電弧燃燒穩(wěn)定且不受大氣中有害氣體的影響。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了在焊絲中摻入合金元素的冶金技術(shù)，其中合金元素起保護(hù)作用，而不必采用保護(hù)氣體，這種電弧稱為自保護(hù)電弧。

§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)埋弧即所指埋弧焊，也是采用光焊絲，但在焊接過程中要不斷地往電弧周圍送給顆粒狀焊劑，電弧在焊劑中燃燒，即電弧被埋在焊劑下進(jìn)行燃燒，而燃燒的電弧不可見。因?yàn)楹竸┲泻蟹€(wěn)弧元素，故電弧能夠穩(wěn)定燃燒。這類電弧既可以是直流電弧，也可以是交流電弧。三、壓縮電弧如果把自由電弧的弧柱強(qiáng)迫壓縮，就可獲得一種比一般電弧溫度更高、能量更集中的熱源，即壓縮電弧。壓縮電弧典型實(shí)例就是等離子弧，它是利用熱壓縮、磁壓縮和機(jī)械壓縮效應(yīng)，使弧柱截面縮小，能量集中，從而提高了電弧能量密度，形成高溫等離子弧。

§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)等離子弧又分為以下三種型式：（1）轉(zhuǎn)移型等離子?。?）非轉(zhuǎn)移型等離子?。?）混合型等離子弧

a)b)c)

圖7-7三種形式等離子弧示意圖a)轉(zhuǎn)移型b)非轉(zhuǎn)移型c)混合型§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)四、脈沖電弧電流為脈沖波形的電弧，稱為脈沖電弧。脈沖電弧可分為直流脈沖電弧和交流脈沖電弧。脈沖電弧是由維持電弧和脈沖電弧兩種電弧組成的。維持電弧用于在脈沖休止期間來維持電弧的穩(wěn)定燃燒；脈沖電弧用于加熱熔化工件和焊絲，并能使熔滴從焊絲脫落并向工件過渡。脈沖電弧的電流波形有許多種形式，如常見的矩形波脈沖、梯形波脈沖、正弦波脈沖和三角形波脈沖等。圖7-8所示為直流矩形波脈沖電弧電流波形。

§7-3焊接電弧的分類及特點(diǎn)

繼續(xù)返回圖7-8直流脈沖電弧電流示意圖§7-4對(duì)弧焊電源的要求§7-4對(duì)弧焊電源的要求一、對(duì)弧焊電源外特性的要求弧焊電源和焊接電弧是一個(gè)供電與用電系統(tǒng)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，弧焊電源的輸出電壓和輸出電流之間的關(guān)系，稱為弧焊電源的外特性，或弧焊電源的伏安特性，其數(shù)學(xué)函數(shù)式為（一）“電源—電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定條件“電源—電弧”系統(tǒng)的穩(wěn)定條件包括兩個(gè)方面，即系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定條件和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件。1．系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定條件§7-4對(duì)弧焊電源的要求在無外界因素干擾時(shí)，要保持“電源—電弧”系統(tǒng)的靜態(tài)平衡，電源提供的能量必須等于電弧所需要的能量，即電源外特性曲線1和電弧靜特性曲線2必須能夠相交，如圖所示相交于A0、A1點(diǎn)。(圖7-9)

2．系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件圖7-9，如系統(tǒng)在A1點(diǎn)工作，當(dāng)焊接電流增加時(shí)，出現(xiàn)供

即系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定條件

、是穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下電源電壓和電弧電壓；、是穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下電源電流和焊接電流?！?-4對(duì)弧焊電源的要求圖7-9“電源——電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定性分析§7-4對(duì)弧焊電源的要求大于求的情況，會(huì)使焊接電流繼續(xù)增大，即不能回到工作點(diǎn)A1，如果焊接電流減小，則出現(xiàn)相反的情況，使焊接電流繼續(xù)減小，直至電弧熄滅。因此A1不是穩(wěn)定的工作點(diǎn)；同理，如果系統(tǒng)在A0點(diǎn)工作，當(dāng)由于外界因素的干擾偏離A0點(diǎn)時(shí)，都能使系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到平衡點(diǎn)A0?！锵到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件：即電弧靜特性曲線在工作點(diǎn)處的斜率必須大于電源外特性曲線在該工作點(diǎn)處的斜率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下

為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系數(shù)§7-4對(duì)弧焊電源的要求（二）弧焊電源外特性曲線的形狀及選擇弧焊電源的外特性一般為下降特性和平特性兩大類，如圖7-10所示。為了滿足：★當(dāng)電弧工作在靜特性曲線的下降段時(shí)，,應(yīng)使電源外特性曲線比電弧靜特性曲線更為陡降；★當(dāng)電弧工作在靜特性曲線的水平段時(shí)，,應(yīng)使，即要求電源外特性曲線是下降的；★當(dāng)電弧工作在靜特性曲線的上升段時(shí)，，電源外特性曲線可以是下降的、平的或略微上升的。1．焊條電弧焊§7-4對(duì)弧焊電源的要求圖7-10弧焊電源的幾種外特性曲線a)垂直陡降特性b)陡降特性c)緩降特性d)平特性（恒壓特性）e)平特性（稍上升）§7-4對(duì)弧焊電源的要求焊條電弧焊一般工作在電弧靜特性的水平段。采用下降外特性的弧焊電源，就可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。焊條電弧焊規(guī)定弧焊電源的外特性應(yīng)滿足下式2．熔化極電弧焊（1）等速送絲控制系統(tǒng)的熔化極電弧焊電弧靜特性均是上升的，電源外特性為下降、平、微升（但上升陡度需小于電弧靜特性上升的陡度）都可以滿足“電源一電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定條件。§7-4對(duì)弧焊電源的要求（2）變速送絲控制系統(tǒng)的熔化極弧焊電弧靜特性是平的，選擇下降外特性的電源。因?yàn)檫@類焊接方法的電流密度較小，自身調(diào)節(jié)作用不強(qiáng)，不能在弧長(zhǎng)變化時(shí)維持焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定，應(yīng)該采用變速送絲控制系統(tǒng)（也稱電弧電壓反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)），即利用電弧電壓作為反饋量來調(diào)節(jié)送絲速度的。當(dāng)弧長(zhǎng)增加時(shí)，電弧電壓增大，電壓反饋迫使送絲速度加快，使弧長(zhǎng)得以恢復(fù)；當(dāng)弧長(zhǎng)減小時(shí)，電弧電壓減小，電壓反饋迫使送絲速度減慢，使弧長(zhǎng)得以恢復(fù)。顯然，陡降度較大的外特性電源，在弧長(zhǎng)或電網(wǎng)電壓變化時(shí)所引起的電弧電壓變化較大，電弧均勻調(diào)節(jié)的作用也較強(qiáng)。因此，§7-4對(duì)弧焊電源的要求在電弧電壓反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中應(yīng)采用具有陡降外特性曲線的電源。3．非熔化極電弧焊電弧靜特性工作部分呈平的或略上升的形狀，影響電弧穩(wěn)定燃燒的主要參數(shù)是電流，而弧長(zhǎng)變化不像熔化極電弧那樣大。為了盡量減小由外界因素干擾引起的電流偏移，應(yīng)采用具有陡降特性的電源。二、對(duì)弧焊電源空載電壓的要求弧焊電源的空載電壓是指弧焊電源處于非負(fù)載狀態(tài)時(shí)的端電壓，用表示。（1）保證引弧容易空載電壓越高，引弧越容易。

§7-4對(duì)弧焊電源的要求（2）保證電弧的穩(wěn)定燃燒為確保交流電弧的穩(wěn)定燃燒，要求（3）符合經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)（4）保證人身安全★一般對(duì)弧焊電源的空載電壓的規(guī)定如下：弧焊變壓器≤80V；弧焊整流器≤85V。一般規(guī)定不得超過100V。三、對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)特性的要求為了獲得一定范圍的所需電弧電壓和焊接電流，弧焊電源≥(1.8~2.25)

§7-4對(duì)弧焊電源的要求必須具有若干可均勻調(diào)節(jié)的外特性曲線，以使與電弧靜特性曲線相交，得到一系列穩(wěn)定工作點(diǎn)。弧焊電源這種外特性可調(diào)的性能，稱為弧焊電源的調(diào)節(jié)特性。在穩(wěn)定工作的條件下，電弧電壓、焊接電流、電源空載電壓和焊接回路的等效阻抗Z之間的關(guān)系可用下式表示由上式可知，給定焊接電流，來調(diào)節(jié)電弧電壓或給定電弧電壓來調(diào)節(jié)焊接電流，都可以通過調(diào)節(jié)空載電壓和等效阻抗Z來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)不變，改變Z時(shí)，可得到一族外特性曲線，見圖7-11a。當(dāng)Z不變時(shí)，改變，或

§7-4對(duì)弧焊電源的要求也可得到一族外特性曲線，見圖7-11b。(一)焊條電弧焊焊條電弧焊焊接電流的調(diào)節(jié)范圍大，電弧電壓一般保持不變，只改變焊接電流即可。因?yàn)椴蛔?，所以也不需作相?yīng)的改變，只要改變Z就可達(dá)到調(diào)節(jié)焊接電流的目的。（二）埋弧焊埋弧焊時(shí)，要求焊縫的熔深與熔寬之間應(yīng)保持一定的比例關(guān)系。因此，在增加焊接電流時(shí)，電弧電壓也要增加。埋弧焊電源應(yīng)具有圖7-11b所示的調(diào)節(jié)特性。（三）等速送絲氣體保護(hù)電弧焊

§7-4對(duì)弧焊電源的要求圖7-11a)U0不變，只改變Z時(shí)的電源外特性曲線§7-4對(duì)弧焊電源的要求圖7-11b)Z不變，只改變U0時(shí)的電源外特性曲線§7-4對(duì)弧焊電源的要求電弧靜特性為上升的等速送絲氣體保護(hù)電弧焊，可選用平外特性的電源，如圖7-12所示。（四）可調(diào)參數(shù)1．平特性弧焊電源調(diào)節(jié)特性參數(shù)（1）工作電壓為保證一定的電弧電壓，要求工作電壓隨工作電流增大而增大。根據(jù)生產(chǎn)量重定工作電壓與工作電流的關(guān)系為一緩升直線，這條直線稱為負(fù)載特性。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的負(fù)載特性為：當(dāng)<600A時(shí)，=（14+0.05）V當(dāng)﹥600A時(shí)，=44V。

§7-4對(duì)弧焊電源的要求圖7-12平外特性調(diào)節(jié)方式示意圖§7-4對(duì)弧焊電源的要求（2）工作電流它是電弧焊接時(shí)的電弧電流，即焊接電流。（3）最大工作電壓弧焊電源能調(diào)節(jié)輸出的與規(guī)定負(fù)載特性相對(duì)應(yīng)的最大電壓。（4）最小工作電壓弧焊電源能調(diào)節(jié)輸出的與規(guī)定負(fù)載特性相對(duì)應(yīng)的最小電壓。（5）工作電壓調(diào)節(jié)范圍弧焊電源在規(guī)定負(fù)載條件下，經(jīng)調(diào)節(jié)而獲得的工作電壓范圍，如圖7-13所示的

2．下降特性弧焊電源調(diào)節(jié)特性參數(shù)（1）工作電流（2）工作電壓～§7-4對(duì)弧焊電源的要求圖7-13平外特性弧焊電源的調(diào)節(jié)特性§7-4對(duì)弧焊電源的要求其規(guī)定的負(fù)載特性為：★焊條電弧焊和埋弧焊的負(fù)載特性為：當(dāng)<600A時(shí)，=（20+0.04）V；當(dāng)﹥600A時(shí)，=44V。★TIG焊的負(fù)載特性為：當(dāng)<600A時(shí)，=（10+0.04）V；當(dāng)﹥600A時(shí)，=34V。（3）最大焊接電流弧焊電源能調(diào)節(jié)獲得的與負(fù)載特性相對(duì)應(yīng)的最大電流?！?-4對(duì)弧焊電源的要求（4）最小焊接電流弧焊電源能調(diào)節(jié)獲得的與負(fù)載特性相對(duì)應(yīng)的最小電流。（5）工作電流調(diào)節(jié)范圍弧焊電源在規(guī)定負(fù)載特性條件下能調(diào)節(jié)獲得的焊接電流范圍。通常要求：

/≥1.0（為額定焊接電流）；/≤0.25。參見圖7-14。四、對(duì)弧焊電源動(dòng)特性的要求所謂弧焊電源的動(dòng)特性，是指電弧負(fù)載狀態(tài)發(fā)生突變時(shí)，弧焊電源輸出電壓與電流的響應(yīng)過程，可以用弧焊電源的輸出電流和電壓來表示，它反映弧焊電源對(duì)負(fù)載瞬變的適應(yīng)能力?！?-4對(duì)弧焊電源的要求圖7-14下降特性弧焊電源的調(diào)節(jié)特性§7-4對(duì)弧焊電源的要求（1）合適的瞬時(shí)短路電流峰值（2）合適的短路電流上升速度（3）合適的恢復(fù)電壓最低值綜上所述，為保證電弧引燃容易和焊接過程的穩(wěn)定，并得到良好的焊縫質(zhì)量，要求弧焊電源應(yīng)具備對(duì)負(fù)載瞬變的良好反應(yīng)能力，即良好的動(dòng)特性。繼續(xù)返回§7-5焊接電弧靜特性

曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)§7-5焊接電弧靜特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證電弧靜特性曲線的形狀；加深對(duì)電弧靜特性曲線測(cè)定原理的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理焊接電弧靜特性是指一定長(zhǎng)度的電弧，在穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下電弧電壓與焊接電流之間的函數(shù)關(guān)系；由于焊接電弧是非線性負(fù)載，當(dāng)焊接電流從小到大在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，電弧的靜特性曲線近似呈U形曲線；各種焊接方法的電弧靜特性曲線有所不同，而且在其正常使用范圍內(nèi)并不包括電弧靜特性曲線的所有各段。影響電弧靜特性的因素主要有氣體介質(zhì)成分和壓力、弧長(zhǎng)、電極材料等?！?-5焊接電弧靜特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)其中弧長(zhǎng)對(duì)電弧靜特性的影響是：弧長(zhǎng)增加，靜特性曲線上移，即電弧電壓升高。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備弧焊電源1臺(tái)電壓表1塊可調(diào)電阻箱1個(gè)電流表1塊自制暗箱1個(gè)四、實(shí)驗(yàn)步驟如圖7-15所示接線?！?-5焊接電弧靜特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)圖7-15電弧靜特性測(cè)試示意圖§7-5焊接電弧靜特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)（1）引燃電弧。通常在較小的電極間距下，采用接觸引弧。隨即將弧焊電源及電阻箱調(diào)到盡可能小的外特性輸出，(較小的電流)。（2）調(diào)整并維持電弧長(zhǎng)度為一定值。用圖7-15的可視毛玻璃屏上電弧長(zhǎng)度的陰影來控制電極的進(jìn)給量，使弧長(zhǎng)不變。觀察并讀出電流表及電壓表的穩(wěn)定值，得到最小工作點(diǎn)O1的規(guī)范參數(shù)。（3）緩慢逐級(jí)調(diào)節(jié)弧焊電源及電阻箱，使電源供電電流逐級(jí)增大。每增大一級(jí)．待電弧穩(wěn)定后，讀出各工作點(diǎn)（O１、O２、…On）的電流、電壓值，直至最大電流的穩(wěn)定工作點(diǎn)。§7-5焊接電弧靜特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)（4）亦可如圖7-15所示連接X-Y記錄儀，由筆式記錄儀自動(dòng)記錄并繪出電弧弧靜特性曲線。圖7-15電弧靜特性測(cè)試示意圖。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)（1）各表每次讀數(shù)時(shí)間要一致；（2）讀數(shù)前必須盡量維持弧長(zhǎng)不變；（3）電流調(diào)節(jié)要緩慢逐級(jí)進(jìn)行；（4）用藥皮焊條作電極測(cè)試時(shí)，由于藥皮熔化形成的套簡(jiǎn)，使觀察到的弧長(zhǎng)小于實(shí)際弧長(zhǎng)。此時(shí)只能假設(shè)藥皮熔化的速度是均勻的并隨著電流的增大而增加，應(yīng)先測(cè)出各種電流下穩(wěn)定燃燒的套簡(jiǎn)長(zhǎng)（可用突然拉長(zhǎng)電弧的熄弧法），然后加上觀察的弧長(zhǎng)，即為整個(gè)電弧長(zhǎng)度?！?-5焊接電弧靜特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)畫出所測(cè)電弧的靜特性曲線。以一定比例將工作點(diǎn)（O１、O２、…On）的電壓、電流值標(biāo)出，并連成圓滑曲線，即為所求。繼續(xù)返回§7-6弧焊電源外特性

曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)§7-6弧焊電源外特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)測(cè)定弧焊電源外特性曲線的方法；加深對(duì)弧焊電源調(diào)節(jié)特性的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理（1）弧焊電源的外特性，是指在弧焊電源內(nèi)部參數(shù)不變的情況下改變外部負(fù)載，在穩(wěn)定狀態(tài)下，其電源輸出電壓與輸出電流的函數(shù)關(guān)系。（2）一臺(tái)弧焊電源應(yīng)當(dāng)通過調(diào)節(jié)，獲得一族外特性曲線，以適應(yīng)被焊工件的材質(zhì)、厚度及坡口形式等的變化而需要不同的焊接工藝參數(shù)?；『鸽娫催@種外特性曲線可調(diào)的性能，稱為弧焊電源的調(diào)節(jié)特性。§7-6弧焊電源外特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材ZXG-300型硅整流焊機(jī)l臺(tái)直流電流表（附分流器0～500A）1塊RF-300型的可調(diào)鎮(zhèn)靜電阻箱數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)換閘刀開關(guān)1個(gè)直流電壓表（0～100V）1塊四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）弧焊電源種類不同，其外特性測(cè)試的方法也有所不同。本節(jié)主要測(cè)試具有下降外特性的直流弧焊電源的外特性曲線。對(duì)于交流弧焊電源，僅改用交流測(cè)試儀表即可。圖7-16直流弧焊電源的外特性測(cè)試§7-6弧焊電源外特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)圖7-16直流弧焊電源的外特性測(cè)試§7-6弧焊電源外特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)（2）按圖7-16所示接線。首先將負(fù)載電阻調(diào)到最大值（如2Ω），此時(shí)負(fù)載電阻可用幾個(gè)RF-300的可調(diào)鎮(zhèn)靜電阻箱串聯(lián)起來。在測(cè)量到低壓大電流時(shí)，再將電阻箱并聯(lián)起來，以擴(kuò)大測(cè)試范圍。（3）空載狀態(tài)啟動(dòng)弧焊電源，待穩(wěn)定后，由電壓表讀取空載電壓，此時(shí)電流表的讀數(shù)應(yīng)為零值。（4）將轉(zhuǎn)換閘刀開關(guān)S由空載轉(zhuǎn)為負(fù)載。（5）改變負(fù)載電阻值，使電焊機(jī)輸出由空載至短路變化，其中讀數(shù)應(yīng)不少于8點(diǎn)，每隔20A～30A電流值讀一次電壓及電流值，相應(yīng)得到O